一种永磁直线电机及由其构成的电机模组的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种永磁直线电机及由其构成的电机模组。永磁直线电机包括动子和定子。动子为凸极结构，定子为分段凸极结构，且两者之间具有气隙。动子包括三组导磁齿，永磁体和电枢绕组均在动子上。定子上既无永磁体也无绕组，仅为导磁材料构成。动子上第一组导磁齿的齿尖贴有充磁方向垂直于定子平面的永磁体，第二组导磁齿绕电枢绕组，第三组导磁齿为既无永磁体也不绕电枢绕组的边端齿。第一组导磁齿和第二组导磁齿相间分布，第三组导磁齿位于动子两边端。本发明的电机具有结构简单可靠，效率高，推力较大，容错性好等优点。尤其是定子分段化结构使定子模块制造简便、造价低，令该电机特别适合于短动子长定子结构直线电机应用场合。
【专利说明】一种永磁直线电机及由其构成的电机模组
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机的制造【技术领域】，且特别是有关于一种定子分段化，动子上永磁体表面贴装式的永磁直线电机及由其构成的电机模组。
【背景技术】
[0002]电机是传动系统的主要部件，根据不同的应用场合选择适合的电机类型对提高整个系统的性能和效率都非常重要。在直线驱动应用场合，传统的旋转电机需要一定中间转换装置将旋转运动转换为直线运动。这样带来了诸多问题，比如，系统体积庞大，重量增加，噪声高，维护成本增加，可靠性降低，而在轨道交通应用中若使用旋转电机驱动，车辆速度过高会出现轮轨滑动等问题。因此，采用直线电机代替旋转电机这一技术手段，可以克服旋转电机在此类高速应用场合中的上述缺点，提高整个系统的效率。
[0003]中国是稀土大国，随着电力电子技术和磁性材料的发展，旋转永磁电机得到迅速的发展。此类电机具有效率高、功率密度高、控制简便等优点。其相应的直线结构也被广泛研究。传统的永磁直线同步电机兼有永磁电机和直线电机的双重优点。与直线感应电机相t匕，永磁直线同步电机效率高，功率因数高，重量轻，且具有发电制动功能。然而，由于传统的永磁电机的永磁体和电枢绕组分别安装在初级和次级，而永磁体和电枢的成本都较高，在如轨道交通等长定子应用场合中无疑导致系统成本增加。
[0004]目前，国际上研究比较热点的动子永磁型直线电机是以双极性磁链的磁通切换永磁电机为代表，这类电机具有较高的功率密度，其永磁体和电枢绕组均放置在动子上，定子仅为导磁铁心材料，具有功率密度高，结构简单，易于散热，高可靠性等优点。因此，该结构电机在长定子应用场合可以降低系统成本。然而，这种结构的动子永磁型直线电机其定子为连续的导磁材料铺设构成，在诸如轨道交通等长定子应用场合其系统成本较高。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明的目的在于提供一种永磁直线电机及由其构成的电机模组，该电机的定子由分段化的导磁模块组成，绕组和永磁体均在动子上，具有结构简单可靠、效率高，推力比较大，容错性好和造价低等优点
本发明公开了一种永磁直线电机。永磁直线电机包括动子和定子。动子为凸极结构，定子为分段凸极结构，且两者之间具有气隙。动子包括三组导磁齿，永磁体和电枢绕组均在动子上。定子上既无永磁体也无电枢绕组，仅为导磁材料构成。动子上第一组导磁齿的齿尖贴有永磁体，其充磁方向与定子平面垂直，第二组导磁齿绕电枢绕组，第三组导磁齿为既无永磁体也不绕电枢绕组的边端齿。第一组导磁齿和第二组导磁齿相间分布，第三组导磁齿位于动子两边端。
[0006]本发明中，第一组导磁齿中相邻齿尖的永磁体充磁方向相反。第二组导磁齿上绕组通过串联或并联形成不同的相绕组。动子上第一组导磁齿宽W1、第二组导磁齿宽W2、动子槽宽W。三者相等。第三组导磁齿宽W3与其他组齿宽可以相等或不相等。定子分段模块的长度Ws等于Wi+WfW。，也即3*Wlt)当m=l或2时，定子分段模块间距入工等于W1 ;当m=3时，A1为(1+2/3)*1 ;m兰4时，入丨为(1+4 /m) W1，其中m是电机相数。
[0007]本发明中，永磁体的高度小于动子槽高，此结构保证了永磁体高度根据需要灵活变化，提高电机性能，节省永磁体材料，降低系统成本。
[0008]本发明中，定子分段化模块为导磁材料，其外侧下方顶端具有倒角a，且a取0°、0°。由于定子上既无永磁体也无绕组，仅仅由价格较低的导磁材料模块分段组成，使得本发明特别适用于如轨道交通、高层楼房电梯等长定子应用场合，可以大大降低系统的制造成本。
[0009]本发明中，所述永磁直线电机是单边平板结构、双边平板结构或圆筒型结构。而且，所述永磁直线电机是电动机或发电机。
[0010]本发明还提出一种由上述永磁直线电机构成的电机模组，包括由k个所述永磁直线电机，k为正整数。进一步的，所述k个所述永磁直线电机串联构成一个整体或分开单独控制。
[0011]综上，本发明结构上的特点导致其具有:定子分段模块化处理，永磁体设计灵活、反电势比较正弦、定位力较小、推力波动小、气隙的磁通密度较大、输出推力较强、功率密度较高、效率较高、工艺简单、长定子应用场合电机成本低等优点。本发明特别适合于长定子结构直线电机应用场合，例如城市轨道交通、工厂运输传动设备、高层楼房电梯等直线驱动场合。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1所示为根据本发明一实施例的定子分段化动子表面贴装式永磁直线电机的结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]为了说明本发明的结构特点及运行原理，下面以一台三相电机为例来说明。
[0014]如图1所示，本发明所提供的永磁直线电机I由定子10和动子11组成，两者之间具有气隙。如图所示，定子10为分段凸极结构，动子11均采用凸极结构。其中，定子10上既无永磁体也无绕组，仅为导磁材料，结构简单而坚固。
[0015]动子11上包括三组导磁齿，即第一组导磁齿110，第二组导磁齿111以及第三组导磁齿112。导磁齿110和导磁齿111相间分布。导磁齿112处于动子11两边端。进一步的，第一组导磁齿110齿端贴有永磁体114,充磁方向垂直于定子平面,相邻导磁齿110齿端永磁体充磁方向相反，第二组导磁齿111绕有电枢绕组113。第三组导磁齿112上既无永磁体114也无电枢绕组113。
[0016]第一组导磁齿110宽度W1、第二组导磁齿111宽度W2和槽口宽度W。三者相等。第三组导磁齿112宽度W3等于1/2* W10
[0017]第一组导磁齿110齿间永磁体的厚度可以根据实际电机性能要求调整，从而达到性能最佳、永磁材料成本较低的要求。
[0018]在本实施例中，永磁直线电机I每一相绕组均由第二组导磁齿111上的两个电枢绕组113串联组成。A相绕组由Al和A2线圈串联组成，B相绕组由BI和B2线圈串联组成，C相绕组由Cl和C2线圈串联组成。
[0019]定子10分段模块的长度Ws等于Wi+WjW。，即3%。本实施例中为三相电机，即m=3，则定子分段模块间距X1S(IMA)-Wlt5定子分段模块外侧下方顶端倒角a，a在0° "90°范围内取值。在不影响电机性能的前提下优化a，减少定子10体积，节约电机制造成本。
[0020]本发明中所述具体实施案例仅为本发明的较佳实施案例而已，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所做的等效变化与修饰，都应作为本发明的技术范畴。
【权利要求】
1.一种永磁直线电机，包括动子和定子，所述动子为凸极结构，定子为分段凸极结构，且两者之间具有气隙，其特征在于，所述动子包括三组导磁齿，永磁体和电枢绕组均在动子导磁齿上，定子上既无永磁体也无绕组，仅为导磁材料构成；其中动子上第一组导磁齿的齿尖贴有充磁方向垂直于定子平面的永磁体，第二组导磁齿绕电枢绕组，第三组导磁齿为既无永磁体也不绕电枢绕组的边端齿。
2.根据权利要求1所述的永磁直线电机，其特征在于，第一组导磁齿和第二组导磁齿相间分布，第三组导磁齿位于动子两边端。
3.根据权利要求1所述的永磁直线电机，其特征在于，第一组导磁齿中相邻齿尖的永磁体充磁方向相反，第二组导磁齿上绕组通过串联或并联形成不同的相绕组。
4.根据权利要求1所述的永磁直线电机，其特征在于，动子上第一组导磁齿宽W1、第二组导磁齿宽W2、动子槽宽W。三者相等，第三组导磁齿宽W3与其他组齿宽可以相等或不相等，定子分段模块的长度Ws等于Wi+WfW。，即3*Wi，当m=l或2时，定子分段模块间距入:等于W1;当 m=3 时，X1 *(1+2/3)% 4 时，^为(1+4 /m) W1，其中 m 是电机相数。
5.根据权利要求1所述的永磁直线电机，其特征在于，所述永磁体的高度小于动子槽闻。
6.根据权利要求1所述的永磁直线电机，其特征在于，所述分段化定子的外侧下方顶端具有倒角a，且a取0°、0°。
7.根据权利要求1所述的永磁直线电机，其特征在于，所述永磁直线电机是单边平板结构、双边平板结构或圆筒型结构。
8.根据权利要求1所述的永磁直线电机，其特征在于，所述永磁直线电机是电动机或发电机。
9.一种由权利要求1-8其中任一项所述的永磁直线电机构成的电机模组，其特征在于，包括由k个所述永磁直线电机，k为正整数。
10.根据权利要求9所述的电机模组，其特征在于，所述k个所述永磁直线电机串联构成一个整体或分开单独控制。
【文档编号】H02K41/03GK103618429SQ201310664996
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】程明, 张邦富, 曹瑞武 申请人:东南大学